Java I/O 详解：基础、文件操作与 NIO 实践

Java I/O (输入输出) 是指用于读取和写入数据的 API，包括从文件、网络和其他数据源进行读取和写入操作。Java 提供了丰富的类和接口来实现各种 I/O 操作，主要包括标准 I/O、文件 I/O 和新 I/O (NIO)。以下是 Java I/O 的详细介绍：

一、基本 I/O

1. 字节流 (Byte Streams)

字节流用于处理原始二进制数据，通常用于处理图片、音频、视频等二进制文件。

输入流 (InputStream) ：
- FileInputStream: 从文件中读取字节流。
- ByteArrayInputStream: 从字节数组中读取数据。
- BufferedInputStream: 为其他输入流添加缓冲功能。
输出流 (OutputStream)：
- FileOutputStream: 将字节流写入文件。
- ByteArrayOutputStream: 将数据写入字节数组。
- BufferedOutputStream: 为其他输出流添加缓冲功能。

2. 字符流 (Character Streams)

字符流用于处理文本数据，字符流以 16 位 Unicode 字符为单位处理数据。

输入流 (Reader)：
- FileReader: 从文件中读取字符流。
- StringReader: 从字符串中读取字符数据。
- BufferedReader: 为其他字符输入流添加缓冲功能，并提供按行读取的功能。
输出流 (Writer)：
- FileWriter: 将字符流写入文件。
- StringWriter: 将字符数据写入字符串。
- BufferedWriter: 为其他字符输出流添加缓冲功能。

二、文件 I/O

Java 提供了 File 类用于表示文件和目录，提供了多种方法来操作文件和目录。

File 类常用方法 ：
- createNewFile(): 创建一个新的文件。
- mkdir(), mkdirs(): 创建一个或多个目录。
- delete(): 删除文件或目录。
- list(), listFiles(): 列出目录中的文件和子目录。

三、新 I/O (NIO)

NIO (New I/O) 引入了一些高效的 I/O 操作方式，包括缓冲区 (Buffers)、通道 (Channels) 和选择器 (Selectors)。

1. 缓冲区 (Buffers)

缓冲区是一个容器对象，用于特定基本数据类型的元素的线性、有限序列。NIO 缓冲区比传统 I/O 更加高效。

常用缓冲区类型 ：
- ByteBuffer: 存储字节数据。
- CharBuffer: 存储字符数据。
- IntBuffer, LongBuffer, DoubleBuffer 等其他基本类型的缓冲区。

2. 通道 (Channels)

通道是用于 I/O 操作的对象，它能够读写数据，但不直接操作数据，而是通过缓冲区来进行操作。

常用通道类型 ：
- FileChannel: 用于文件的读写操作。
- SocketChannel: 用于 TCP 网络连接的读写操作。
- DatagramChannel: 用于 UDP 网络连接的读写操作。

3. 选择器 (Selectors)

选择器允许一个线程管理多个通道的 I/O 操作。通过使用选择器，可以在一个单独的线程中管理多个通道，从而提高了效率。

常用方法 ：
- select(): 阻塞直到至少有一个通道准备好了 I/O 操作。
- selectNow(): 非阻塞地进行选择操作。
- selectedKeys(): 返回准备好的通道的键集合。

四、文件操作示例

1. 使用 File 类

java 复制代码

import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class FileExample {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("example.txt");

        // 创建文件
        try {
            if (file.createNewFile()) {
                System.out.println("File created: " + file.getName());
            } else {
                System.out.println("File already exists.");
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 检查文件是否存在
        if (file.exists()) {
            System.out.println("File exists.");

            // 获取文件信息
            System.out.println("File name: " + file.getName());
            System.out.println("Absolute path: " + file.getAbsolutePath());
            System.out.println("Writeable: " + file.canWrite());
            System.out.println("Readable: " + file.canRead());
            System.out.println("File size in bytes: " + file.length());
        }
    }
}

2. 使用字节流进行文件复制

java 复制代码

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class FileCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("source.txt");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("destination.txt")) {
            int byteContent;
            while ((byteContent = fis.read()) != -1) {
                fos.write(byteContent);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 使用字符流读写文件

java 复制代码

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class FileReadWriteExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 写入文件
        try (FileWriter writer = new FileWriter("example.txt")) {
            writer.write("Hello, World!\n");
            writer.write("Java I/O example.");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 读取文件
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4. 使用 NIO 进行文件复制

java 复制代码

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class NIOFileCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        Path sourcePath = Paths.get("source.txt");
        Path destinationPath = Paths.get("destination.txt");

        try {
            Files.copy(sourcePath, destinationPath);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这些示例展示了如何使用 Java I/O 和 NIO 进行文件操作。了解和掌握这些知识点有助于开发高效、可靠的 Java 应用程序。